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普通車床數(shù)控化改造
摘要：這次設(shè)計(jì)主要是將一臺(tái)普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有定位、直線插補(bǔ)、順逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。
關(guān)鍵詞：車床 ;數(shù)控 ;改造
一、引言
計(jì)算機(jī)技術(shù)與車床制造業(yè)的高速發(fā)展，特別是面向柔性制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得數(shù)控車床得到了迅速普及。這次設(shè)計(jì)主要是將一臺(tái)普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)，由于定位精度高，所以縱、橫向?qū)к壘捎觅N塑導(dǎo)軌，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠，同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，傳動(dòng)齒輪采用雙片錯(cuò)齒消隙齒輪，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)。為了保證加工螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工導(dǎo)程，主軸用脈沖發(fā)生器通過(guò)波紋管聯(lián)接，并將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)用單片機(jī)控制，是其成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管，以顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。為了達(dá)到機(jī)床要求的脈沖當(dāng)量，傳動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠。
二、數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)和意義
數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性制造、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、敏捷制造等先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)裝備，它關(guān)系到一個(gè)國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。數(shù)控系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)等幾種形式。開(kāi)環(huán)具有穩(wěn)定性好、環(huán)境是適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)底等特點(diǎn);閉環(huán)定位精度和重復(fù)定位精度高，但造價(jià)高;而半閉環(huán)既有高檔全閉環(huán)機(jī)床的加工精度，又有開(kāi)環(huán)機(jī)床的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，適合復(fù)雜零件的加工。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)已成為機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的組成部分。
我國(guó)在普及應(yīng)用數(shù)控技術(shù)方面近幾年來(lái)取得了很大的進(jìn)展，從計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)發(fā)展到直接數(shù)控(DNC)，并能獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造機(jī)械加工中心及柔性制造系統(tǒng)(FMS)。但鑒于我國(guó)機(jī)床擁有量大、工業(yè)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益，而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的基本途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，并對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改造普通車床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
數(shù)控改造一般是指對(duì)普通機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工的能力，其改造的目的有以下幾點(diǎn)：
1.從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備。
2.為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。
3.為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。
4.為了使技術(shù)等級(jí)較底的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數(shù)控改造。
5.為了減小整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃而進(jìn)行數(shù)控改造。
三、數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝
一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因素小，傳動(dòng)無(wú)間隙;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求，應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，這樣才能獲得預(yù)期的改造目的。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床聯(lián)接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求。
1.滑動(dòng)導(dǎo)軌副。對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除了具有普通車床的導(dǎo)向精度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、耐磨損性能，并能減少因摩擦阻力而致的死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑裝置。
2.齒輪副。一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上，要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證加工精度。
3.滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)精度。絲杠的選用主要取決于加工工件的精度要求和拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。被加工工件精度不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損的情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相匹配螺母間隙。一般情況下，滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大時(shí)，則要更換螺母。滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較底，但采用滑動(dòng)絲杠難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上;精度高，壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件的加工要求。
4.安全防護(hù)。普通機(jī)床改造必須以安全為前提。改造中根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的防護(hù)措施，如滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵，特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也加上整體鐵板防護(hù)罩。在拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面而損傷導(dǎo)軌。
四、數(shù)控改造機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求
對(duì)現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行改造，主要應(yīng)解決的問(wèn)題是：如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位進(jìn)給改造成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給的自動(dòng)加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，主要依靠?jī)煞矫鎭?lái)保證和提高加工零件的精度：一是系統(tǒng)的控制精度;二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)車床進(jìn)給的位移和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比，應(yīng)具有更好的精度，以保證機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。
數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為：
1.盡量采用底摩擦的傳動(dòng)副，如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。
2.盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。
3.盡量滿足底振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此，應(yīng)選擇精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)元件。
4.盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。
從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工礦企業(yè)的現(xiàn)狀，普通臥式車床改造，可以采用更換滾珠絲杠來(lái)替換原機(jī)床上的T形絲杠，也可以對(duì)原有車床上的T形絲杠加以修復(fù)，但此時(shí)，必須相應(yīng)修配與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高其配合精度。
普通機(jī)床的數(shù)控化改造事業(yè)方興未艾，在我國(guó)目前形勢(shì)下將大批故障機(jī)床尤其是一大批進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和二手機(jī)床進(jìn)行改造、升級(jí)，以較小的投入盡快使這些設(shè)備在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項(xiàng)不可忽視的問(wèn)題。
五、總結(jié)
數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不但提高了機(jī)床的加工精度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對(duì)工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國(guó)的國(guó)情。
參考文獻(xiàn)：
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